Modello di diffusione chemiosmotica-polare di IAA

Транскрипт

1 Modello di diffusione chemiosmotica-polare di IAA L ambiente della parete cellulare è mantenuto acido (ph 5) per attività della pompa protonica. A questo valore di ph circa il 25% dell auxina (pka = 4,75) è presente in forma indissociata. Questa forma non può diffondere attraverso la membrana. La forma principale di auxina, IAAH (lipofilo), entra passivamente nella cellula e al ph neutro del citosol si dissocia in IAA -. IAA - diffonde nella cellula sino alla porzione basale dove sono localizzati dei trasportatori specifici dell anione. Sono tali trasportatori a determinare la direzionalità del trasporto, definito polare (apice base). Questo modello è stato validato in diverse piante.

2 Il trasporto polare di IAA è mediato da differenti carriers ABCB I carriers di uscita (efflux) PIN determinano l uscita di auxina fuori dalla cellula. ABCB I carriers di entrata (influx; cotrasporto) AUX1/LAX mediano l ingresso di IAA - nel citoplasma. IAAH invece diffonde passivamente. LAX = Like AUX1 ABCB Trasporto polare di auxina da cellula a cellula. I trasportatori ABCB contribuiscono al trasporto di auxina in modi differenti. (Essi sono stati in precedenza denominati proteine MDR o PGP).

3 Le proteine AUX1/LAX facilitano l ingresso di auxina Nei mutanti aux1 l assorbimento di IAA è alterato DAG = Days After Germination (giorni dopo la germinazione) Le proteine ABCB sono importanti per il trasporto di auxina

4 Le proteine PIN sono sono trasportatori in uscita dell auxina L espulsione polare di IAA - è dovuta alla specifica localizzazione di trasportatori di uscita alla base delle cellule parenchimatiche. PIN1 è localizzata nella parte basale delle cellule parenchimatiche corticali della radice. PIN1 è responsabile per l efflusso di auxina dall apice caulinare a quello radicale. PIN, dalla forma a spillo (ingl. pin) dell infiorescenza del mutante pin1 di Arabidopsis.

5 I trasportatori PIN dirigono l uscita di auxina nei vari tessuti e sono essenziali per lo sviluppo delle piante Il trasporto polare di auxina è essenziale per lo sviluppo della polarità radice-fusto della pianta: il trattamento con inibitori del trasporto di auxina porta a gravi anomalie nello sviluppo e alla perdita dell accrescimento polare nell apice del fusto e della radice. Differenti membri della famiglia PIN (1, 2, 3, 4 e 7) sono coinvolti nel trasporto polare di auxina in vari tessuti. PIN1 è il più studiato ed appare coinvolto e necessario per tutti gli aspetti di sviluppo e organogenesi delle piante.

6 Modello aggiornato di trasporto polare dell auxina L uscita di IAA - nell apoplasto è mediata dalle proteine PIN, localizzate alla base delle cellule, che agiscono in modo sinergico con le proteine ABCB (P-glicoproteine ATP-dipendenti, carriers di uscita di IAA - ), mantenendo il trasporto direzionale o polare di auxina ed impedendo il riassorbimento dell auxina espulsa. IAA- and IAAH by

7 Conclusioni sul trasporto di auxina Il trasporto di auxina appare fondamentale per processi come il fototropismo, il gravitropismo, la formazione dell embrione e l organogenesi. Sono stati identificati diversi tipi di trasportatori di auxina, mentre sono ancora in fase di studio i fattori che controllano la loro posizione e la loro attività. Arabidopsis possiede 6 proteine AUX1/LAX, 21 proteine ABCB e 8 proteine PIN. Non siamo ancora in grado di capire la complessità del trasporto auxinico! È riportato in figura un possibile modello di trasporto auxinico. La proteina AUX1/LAX regolerebbe l assunzione di auxina nella cellula, mentre le proteine PIN1 e ABCB l uscita direzionale (polare) di auxina. Tutte queste proteine sono localizzate nel plasmalemma. All interno della cellula l auxina si trova soprattutto nel citoplasma e nell ER. Le proteine PIN5, PIN6 e PIN8 regolerebbero il trasporto di auxina attraverso la membrana dello ER.

8 Vie di trasduzione dell auxina

9 Percezione e signaling Gli effetti dell auxina sono mediati da almeno due tipi di recettori ABP1 (Auxin Binding Protein) è un recettore proteico localizzato sulle membrane (plasmalemma e RE), il cui legame con IAA determina l attivazione della pompa protonica di membrana. La pompa protonica estrude protoni nello spazio infraparete indebolendo i legami della matrice. TIR1 è una proteina F-box solubile facente parte del complesso SCF TIR1. In generale i complessi SCF catalizzano il legame covalente dell ubiquitina a proteine che sono così segnalate per la proteolisi. Percezione (recettore) ABP1 IAA Percezione (recettore) SCF TIR1

10 ABP1 media le risposte rapide al segnale auxinico a livello del plasmalemma La percezione di auxina sul lato esterno della membrana plasmatica da parte di ABP1, inizia una serie di segnali che portano a: attivazione della pompa protonica, acidificazione della parete e suo allentamento

11 Cambiamenti nell espressione genica indotti dall auxina e mediati da SCF TIR1 In presenza di auxina, il recettore auxinico TIR1 lega l ormone e quindi la proteina AUX/IAA (repressore della trascrizione genica). Assenza di Auxina Presenza di Auxina TIR1 AUX/IAA

12 I complessi SCF TIR1 legano l ubiquitina a proteine bersaglio che saranno poi degradate Ubiquitina F-box TIR1 SKP1 Bersaglio Bersaglio La proteina F-box riconosce e lega la proteina bersaglio. Il complesso lega quindi l ubiquitina alla proteina bersaglio, che viene segnalata per la proteolisi specifica. CUL1 Il complesso SCF ubiquitina ligasi è così chiamato dalle iniziali delle tre subunità che lo costituiscono: SKP1, CUL1 e F-box TIR1 è un recettore solubile F-box; il termine TIR1 deriva dal mutante di Arabidopsis (Transport Inhibitor Resistant 1 insensibile a NPA e TIBA).

13 TIR1 necessita di auxina per legare la proteina bersaglio L auxina agisce come una colla poiché mantiene insieme TIR1 e la proteina bersaglio. Auxina Bersaglio

14 Quali sono le proteine bersaglio di SCF TIR1? Auxina AUX/IAA (Bersaglio) I II III IV AUX/IAA Sono le proteine AUX/IAA, piccole proteine nucleari a breve vita, che agiscono da repressori della risposta auxinica. Dominio II = degrone, necessario per l instabilità indotta da IAA

15 Le proteine AUX/IAA reprimono l attività delle proteine ARFs (Auxin Response Factors) ARF e AUX/IAA presentano a livello delle loro regioni C-terminali delle sequenze simili (III e IV cerchiate) tramite le quali possono legarsi formando un eterodimero col risultato che il fattore di trascrizione è inattivo. ARF è attivo solo se si combina con un altro ARF (vedi figura sotto). ARF DNA-binding domain AUX/IAA Activation / repression domain III I II III IV IV ARF:ARF omodimero attivo ARF:AUX/IAA eterodimero inattivo ARFs legano gli elementi di risposta auxinica (AuxRE, Auxin Responsive Elements) dei promotori dei geni indotti dall ormone; possono funzionare sia da attivatori ch repressori genici

16 Modello riassuntivo dei cambiamenti nell espressione genica indotti dal legame di IAA con SCF TIR1 AuxRE

17 Effetti fisiologici dell auxina

18 AUXINA IN AZIONE! Promuove l iniziazione degli organi laterali a livello del meristema apicale del germoglio Risposte alla luce Controlla lo sviluppo del sistema vascolare e il patterning Allungamento cellulare Mantiene le cellule staminali del meristema apicale radicale Risposte nella simbiosi - formazione noduli radicali Risposte ai patogeni Inibisce la ramificazione del fusto Integra vie di segnalazione della crescita Promuove la ramificazione delle radici Risposte legate alla dstribuzione dei nutrienti e alla loro abbondanza

19 L auxina stimola la crescita per distensione E accompagnata da un grande aumento del volume del vacuolo e un aumento modesto o nullo della massa citoplasmatica; aumenta l area superficiale del plasmalemma e quella della parete cellulare. L auxina promuove la crescita per distensione di fusti e coleottili escissi La figura mostra la crescita indotta in tempi lunghi su sezioni di coleottile da IAA in assenza ed in presenza di saccarosio (osmolita che viene assorbito ed eleva il turgore cellulare). L inserto mostra invece la crescita indotta da IAA in tempi brevi e la presenza di un intervallo (lag phase) di 15 minuti prima che il coleottile si accresca.

20 Relazione tra dose e risposta nella distensione indotta da IAA in fusti e coleottili La crescita aumenta sino a [IAA] di circa 10-5 M. Concentrazioni maggiori invece inibiscono la crescita che diminuisce al di sotto del livello di controllo. Probabilmente a causa della sintesi di etilene.

21 Risposte iniziale e prolungata della crescita IAA-indotta in avena e soia = lag time = fase iniziale della crescita = fase prolungata della crescita RISPOSTA INIZIALE 1. Lag di10-12 minuti 2. Crescita (5-10x) proporzionale al logaritmo della concentrazione di IAA; 3. Richiede sintesi di ATP, pompa protonica, sintesi di proteine, elevato turgore cellulare ma non sono necessari zuccheri o osmoliti nel mezzo di incubazione 4. La crescita è indotta anche dal ph acido RISPOSTA PROLUNGATA 1. Ha durata di alcune ore 2. Richiede IAA, l estrusione di protoni nell apoplasto e osmoliti nel mezzo 3. La crescita della parete dipende dalla sintesi di nuovo materiale 4. La crescita non è indotta dal ph

22 Efflusso di protoni (nmoli/sec) Relazione tra crescita auxina-indotta ed estrusione di protoni efflusso di protoni crescita Tempo (minuti) Segmenti di coleottile di mais erano trattati con IAA al tempo indicato dalla freccia ed i successivi cambiamenti nella crescita e nel rilascio di protoni erano determinati e posti in grafico in funzione del tempo.

23 Acid growth theory Sulla base dei dati sperimentali riportati in precedenza e confermati su molte altre specie di piante è stata formulata la teoria della crescita acida: IAA Secrezione di H + (mediata dalla pompa protonica di membrana) Rottura dei legami nella matrice della parete (legami acido labili o rotti enzimaticamente) Allentamento della parete Aumento del volume cellulare

24 L allentamento della parete IAA-indotto è mediato dalle espansine A C B D E Le espansine catalizzano, a ph acido, l allentamento della parete per indebolimento dei legami ad H tra i polisaccaridi. Le espansine sono proteine di parete. Nell esperimento A si preleva un pezzo di plantula, si congela e scongela per uccidere le cellule e la cuticola superficiale è abrasa per facilitare lo scambio con la soluzione in cui sarà immerso il pezzo di organo. In B il pezzo è scaldato per denaturare le proteine di parete. Un altro pezzo di plantula è omogenizzato purificando le pareti; da esse sono estratte le proteine di parete (espansine). Al pezzo ottenuto in B sono aggiunte tali proteine D. In E la parete è legata allo strumento che ne misura l estensibilità. La parete scaldata ha perso la capacità ad estendersi, ma la riacquista con l aggiunta di espansine.

25 L auxina attiva le ATPasi già presenti o induce la sintesi di nuove ATPasi? Degradazione L auxina agirebbe con entrambe le modalità di azione, poiché esistono prove sperimentali a favore sia di un azione che dell altra. E quindi possibile che IAA agisca sia attivando le ATPasi pre-esistenti che inducendo la sintesi di nuove molecole di ATPasi che sarebbero inserite nel plasmalemma. In dettaglio: 1) IAA attiva geni rispondenti all ormone favorendo la trascrizione del gene dell H + -ATPasi; 2) ABP1, recettore auxinico sul RE, legando l ormone aumenterebbe il traffico di enzima verso il plasmalemma; 3) ABP1, presente sulla membrana delle vescicole, legandosi ad IAA favorirebbe l inserimento dell H + -ATPasi sul plasmalemma e la sua stabilizzazione.

26 Il modello di Cholodny-Went per il fototropismo Il modello di Cholodny-Went (1920) ipotizza che la percezione di uno stimolo luminoso direzionale provochi il trasporto laterale di auxina, causando la crescita differenziata. IAA si accumula sul lato in ombra di ipocotili di Brassica oleracea sottoposti ad illuminazione laterale. L aumento dei livelli di auxina induce la maggiore distensione delle cellule del lato in ombra causando l incurvamento verso la luce. DR5::GUS Cell length Auxin concentration La trascrizione del promotore sintetico DR5 indotta da auxina è alta sul lato in ombra di ipocotili di Arabidopsis stimolati dalla luce. Il trattamento con NPA blocca la curvatura fototropica. Il trasporto unilaterale di auxina coinvolgerebbe il blocco del sistema di trasporto polare di IAA (inibizione/destabilizzazione di ABCB19 e PIN1), mentre sarebbe favorito il trasporto laterale mediato da PIN3, che a sua volta sarebbe rilocalizzata. Conclusione: in risposta ad uno stimolo unidirezionale di luce l auxina, prodotta dall apice, si muove sul lato in ombra andando a stimolare maggiormente la crescita per distensione delle cellule di tale lato e producendo la curvatura.

27 Le fototropine sono i recettori del fototropismo Esperimenti su mutanti di Arabidopsis non rispondenti all illuminazione unilaterale, hanno evidenziato una mutazione del gene phot1 codificante per una proteina detta fototropina. La fototropina è una serina/treonina chinasi di membrana con PM 116 kda. La proteina presenta attività chinasica nella porzione COOH-terminale, mentre in quella NH 2 -terminale possiede i siti di legame al flavin mononucleotide (FMN). A seguito dell illuminazione con luce blu assorbita dal FMN la fototropina si autofosforila. L autofosforilazione porta al distacco della fototropina dal plasmalemma e alla sua interazione con i trasportatori di auxina. È stato dimostrato in coleottili che a seguito della illuminazione unilaterale si forma un gradiente di autofosforilazione della fototropina che sarebbe responsabile del movimento laterale di auxina.

28 Gravitropismo in plantule di mais (Zea mays) curvatura della radice e del coleottile Le plantule erano poste in posizione orizzontale per tre ore: notare che il coleottile mostra gravitropismo negativo (-) mentre la radice mostra gravitropismo positivo (+).

29 Il modello di Cholodny-Went per gravitropismo In (A) è mostrato un apice di coleottile posto orizzontalmente e adagiato su di un blocchetto di agar. Il blocchetto viene diviso in due parti, la metà inferiore è posta sul moncone di un coleottile (B) dove determina una grande curvatura, mentre la metà superiore (B) viene posta sul moncone di un altro coleottile dove causa una lieve curvatura. Conclusione: l auxina è trasportata lateralmente nell apice del coleottile posto orizzontale e quindi si accumula nella metà inferiore; sarà proprio quest ultima a determinare il maggiore incurvamento del coleottile.

30 L accumulo di auxina sul lato inferiore della radice ne causa la curvatura Espressione del promotore DR5::GUS in radici disposte verticalmente (A) ed in radici disposte orizzontalmente per 6 ore e poi disposte verticalmente (B); (C) come in (B) ma in presenza dell inibitore del trasporto auxinico NPA. +NPA L aumento della concentrazione di auxina nel lato inferiore della radice crea una concentrazione sovraottimale ed inibisce la distensione causando la curvatura verso il basso della radice.

31 La percezione della gravità nella radice è dovuta alla cuffia Radice di controllo in verticale Radice di controllo in orizzontale Esperimenti di microchirurgia in cui è rimossa del tutto o in parte la cuffia. (A) La radice è mantenuta in posizione verticale. Se la cuffia è rimossa del tutto la radice non cambia direzione di crescita; se la cuffia è rimossa in parte la radice si incurva. (B) La radice è mantenuta in posizione orizzontale. Se la cuffia è rimossa è annullata la risposta gravitropica. Conclusioni: la cuffia è responsabile della percezione gravitropica. La rimozione di metà della cuffia indica chiaramente che la cuffia produce un inibitore della crescita in quanto la parte privata di cuffia si accresce di più.

32 Cosa accade durante la percezione della gravità A B A. Quando la radice è orientata in verticale gli statoliti si ridistribuiscono su tutto l ER, esercitando una pressione uniforme sul reticolo. B. Quando la radice è orientata orizzontalmente la pressione esercitata sull ER dagli statoliti appartenenti agli statociti dei due lati della radice è diseguale. Il modello amido-statolite descritto è avvalorato da molte ricerche. Tuttavia mutanti mancanti di amido nella columella sono ancora in grado, sebbene più lentamente, di percepire la gravità. Pertanto l amido è richiesto nella columella per una normale risposta gravitropica, ma devono anche esistere altri modi di percepire la gravità. Si suppone che organuli come il nucleo, essendo abbastanza densi, possano vicariare in parte gli statoliti.

33 La crescita geotropica della radice causa variazione di ph nell apoplasto Microsfere di Sephadex erano poste ad intervalli regolari sulla superficie dell apice radicale di una plantula di mais fissata orizzontalmente (A). Questi intervalli diventavano sempre più ampi sul lato in cui avveniva la maggiore crescita per distensione dovuta alla curvatura geotropica (B, C). Bagnando le sferette di Sephadex con un indicatore di ph, si mostrava acidificazione, dovuta all efflusso di protoni, durante la curvatura geotropica. Se un colorante sensibile al ph era somministrato a plantule di Arabidopsis sottoposte a stimolo gravitropico le cellule della columella mostravano rapida alcalinizzazione del ph intracellulare ( ) e rapida acidificazione del ph dell apolasto ( ). Le conclusioni sono che l attivazione della pompa protonica del plasmalemma è uno degli eventi iniziali della percezione della gravità. Altri esperimenti indicano anche la variazione nella distribuzione del calcio intracellulare dopo la gravistimolazione.

34 Ridistribuzione laterale dell auxina Lato inferiore Apice radicale di plantula di Arabidopsis trasformata col costrutto gene reporter DR5::GFP. In (B) la radice, prima della gravistimolazione, mostra fluorescenza verde diffusa a tutto l apice e alla cuffia (columella). In (C) la radice, dopo 3 ore dalla gravistimolazione, mostra fluorescenza sul lato inferiore (freccia).

35 PIN3 cambia polarità in risposta al cambiamento nel vettore gravitazionale Verticale Orizzontale PIN3 è responsabile del riorientamento laterale dell auxina durante il gravitropismo della radice (ma anche nel fototropismo del fusto, vedi prima).

36 Il modello attuale sul gravitropismo della radice

37 Effetti dell auxina sullo sviluppo

38 L auxina è un ormone indispensabile per le piante Regola la distensione delle cellule, è un morfogeno, è un fattore scatenante lo sviluppo, è un regolatore della trascrizione...

39 L auxina influenza tutti gli stadi del ciclo vitale di una pianta dalla germinazione alla senescenza L auxina, attraverso il trasporto polare, determina lo sviluppo del fusto e della radice. La polarità di trasporto dell ormone si realizza a partire dallo sviluppo dell embrione e continua per tutto lo sviluppo della pianta. Pertanto l auxina può agire come: 1. morfogeno durante l embriogenesi 2. formazione di pattern nello sviluppo 3. fattore scatenante eventi di sviluppo *morfogeno è un segnale mobile che agisce attraverso un gradiente di concentrazione. Un esempio di morfogeno nel mondo animale è lo Shh prodotto durante l embriogenesi del pollo che diffonde secondo un gradiente dal sito di produzione per andare a determinare lo sviluppo dell ala.

40 L auxina è un morfogeno nell embriogenesi Durante l embriogenesi di Arabidopsis il gradiente di auxina formatosi è necessario per la formazione della radice. Pertanto la distribuzione delle proteine PIN contribuisce a creare i pattern mediati dall auxina. Tra le altre cose, le PIN specificano la localizzazione dei massimi di auxina per la definizione dei pattern embrionali..

41 L auxina è un morfogeno per lo sviluppo della radice Infatti se si interferisce con la biosintesi di auxina (mutanti yucca) o col meccanismo di signalling (mutanti arf) o col meccanismo di trasporto (mutanti pin) dell ormone si ottiene una crescita disturbata con un fenotipo privo di radici. Wild-type yucca 1,4, 10,11 pin 1,3,4,7 Tutti i mutanti *yucca1,4,10,11, **arf5/mp e ***pin1,3,4,7 sono privi di radici. *yucca mutanti per una monossigenasi flavinica che catalizza la conversione di IPA in IAA. Tutti questi mutanti mostrano iperattivazione dei geni appartenenti alla famiglia YUCCA col risultato che presentano aumentati livelli di auxina endogena. **arf5/mp mutanti per il fattore di trascrizione ARF, che per poter attivare i geni di risposta all auxina, si deve legare ad AuxRE sotto forma di dimero. Tali mutanti sono incapaci a formare tale dimero. ***pin mutanti incapaci a produrre le proteine PIN essenziali per il trasporto polare e laterale dell auxina.

42 L auxina è un morfogeno nella differenziazione dello xilema Floema Cambio cribro vascolare Xilema In questa ricerca, effettuata nel 1966, per la prima volta fu dimostrato che l auxina agisce come morfogeno. L auxina forma un gradiente di concentrazione diretto internamente dal cambio cribro vascolare verso il floema ed esternamente verso lo xilema che si stanno sviluppando.

43 L auxina agisce anche come morfogeno a livello dell apice radicale Livello di auxina Le cellule distanti dall apice (zona di distensione), soggette ad un basso livello di auxina, si distendono e differenziano. Le cellule vicine all apice sono soggette ad un livello intermedio di auxina e si dividono spesso. Le cellule del centro quiescente, soggette ai più alti livelli di auxina, non si dividono (restano quiescenti a meno che non venga danneggiato l apice). Centro quiescente

44 L auxina agisce anche come agente scatenante dando inizio ad eventi di sviluppo La localizzazione di una concentrazione massima (o minima) di auxina in un tessuto vegetale è sufficiente a causare l inizio di eventi di sviluppo. Nella figura sono indicate in rosso le cellule triggered a differenziarsi da elevati livelli di auxina.

45 L auxina scatena nell apice lo sviluppo del fiore Lo sviluppo dei meristemi fiorali dipende dall auxina trasportata dai tessuti situati sotto l apice caulinare. Infatti i mutanti pin1 di Arabidopsis non riescono a formare fiori. Applicando una goccia di auxina in pasta di lanolina (in rosso) si realizza nei mutanti pin1 la formazione dei fiori. Heisler et al., 2005),

46 Una determinata concentrazione di auxina determina il punto preciso dove si formerà il primordio di una foglia L auxina trasportata nell apice caulinare regola l avvio della formazione di foglie ed anche la fillotassi, ossia il pattern di emergenza delle foglie dall asse del fusto. In questo studio è stata seguita l espressione e l orientamento di PIN nell apice caulinare di piante transgeniche esprimenti PIN1::PIN1-GFP. La formazione dei primordi fogliari era preceduta da cambiamenti nella distribuzione di PIN1, che determinavano l aumento locale della concentrazione di auxina necessario a scatenare la formazione dei primordi.

47 L'auxina promuove la formazione di radici laterali A sinistra, sezione trasversale di radice con due radici laterali in sviluppo. Al centro, modalità di sviluppo di una radice laterale. A destra, l elevata sintesi di auxina all interno del periciclo (anche in una cellula) è sufficiente ad iniziare la formazione della radice laterale. La biosintesi di auxina all interno di una singola cellula del periciclo monitorata con DR5::GUS.

48 Elevate concentrazioni di auxina promuovono la formazione di radici avventizie A. Il picciolo di foglie di Ilex opaca è stato immerso per 17 ore in una soluzione di acido indolbutirrico (IBA; 0,01%). Le foglie sono state successivamente poste in sabbia umida dove hanno radicato. B. Le foglie controllo non sono state trattate con IBA e non mostrano radicazione. In orticoltura le talee sono trattate con auxina per promuovere la radicazione. Radici avventizie (freccia) che crescono naturalmente alla base del fusto di una pianta di mais.

49 Una concentrazione minima di auxina è necessaria in Arabidopsis per la dispersione dei semi (1) valva margine della valva DR5::GFP colorazione con fluoroglucinolo In Arabidopsis, la dispersione dei semi richiede che il frutto (siliqua) si apra a seguito della separazione delle cellule situate ai margini delle due valve. La separazione cellulare è preceduta da un minimo locale di auxina (frecce bianche al centro), seguito dalla lignificazione delle cellule (frecce grigie a destra).

50 Una concentrazione minima di auxina è necessaria in Arabidopsis per la dispersione dei semi (2) Wild-type indehiscent2 Nel mutante indehiscent2, non si forma il minimo di auxina. Quindi non avviene la separazione delle cellule situate ai margini delle due valve. Reprinted by permission from Macmillan Publishers, Ltd. Sorefan, K. et al. (2009) A regulated auxin minimum is required for seed dispersal in Arabidopsis. Nature 459:

51 La dominanza apicale: il vecchio modello La dominanza apicale è causata dal movimento dell auxina dall apice verso il basso (1). La rimozione dell apice consente ad una gemma situata in posizione inferiore di germogliare (2). Ciò non accade se l apice rimosso viene sostituito da un blocchetto di agar contenente IAA (3). Infine se sotto l apice e intorno al fusticino si applicava della pasta di lanolina a forma di anello contenente TIBA, si rimuoveva la dominanza apicale (non mostrato in figura). Il modello dell inibizione diretta proposto da Thimann e Skoog si basa sull ipotesi che è l auxina prodotta dalla gemma apicale e trasportata alle gemme laterali ad inibire la crescita di queste ultime che sarebbero maggiormente sensibili del fusto alla concentrazione di auxina. Pertanto, se il modello fosse corretto, dopo la decapitazione dell apice dovrebbe diminuire la concentrazione di auxina nelle gemme ascellari. Invece avviene il contrario.

52 La dominanza apicale: il nuovo modello Si è fatta strada un altro modello che non implica l aumento diretto della concentrazione dell ormone nelle gemme laterali. In altre parole l auxina non entrerebbe in tali gemme ma agirebbe da lontano e precisamente dallo xilema del fusto. A queste conclusione si è giunti col mutante axr1 di Arabidopsis il quale presenta una ramificazione esagerata, perdita della dominanza apicale ed incapacità a rispondere all auxina. Il mutante axr1 manca della proteina AXR1 (membro della famiglia AUX/IAA) necessaria durante il signaling dell auxina per attivare l ubiquitina. Se il mutante era trasformato facendo esprimere il gene axr1 wild type soltanto nelle cellule dei tessuti del fusto, si recuperava del tutto la dominanza apicale. Espressione nel floema Espressione nello xilema P = floema; X = xilema; C = corteccia; T = midollo; I = area interfasciale; Xp = parenchima del legno; Xv = vasi xilematici. L espressione di AXR1 nello xilema e nello sclerenchima interfascicolare, restaurava la ramificazione del mutante ai livelli del wild type, mentre l espressione nel floema non dava recupero

53 L auxina promuove lo sviluppo dei frutti La formazione della fragola (falso frutto) è regolata dalla liberazione di auxina dai semi, contenuti negli acheni. Se gli acheni sono rimossi il falso frutto non si sviluppa (B). Se tale fragola sarà spruzzata con auxina, il frutto si svilupperà quasi normalmente (C). In orticoltura le auxine sintetiche, se spruzzate sui fiori non ancora impollinati, servono per produrre frutti senza semi (partenocarpia) soprattutto in piante appartenenti alle famiglie delle Solanaceae (pomodoro e peperone) e Cucurbitaceae (cetriolo e zucchino) e nel genere Citrus.